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调亏灌溉技术在葡萄种植中的应用
摘 要：本文以调节葡萄植株生理需水特性为基础,介绍调亏灌溉在葡萄栽培中的应用,包括根系分区灌溉时合理选择滴灌灌水器、调亏灌溉时机的确定和灌水量的计算方法.建议使用常规充分灌溉时的葡萄需水量作为调亏滴灌系统工程设计最大需水量的计算依据,得出经济合理的滴灌工程规模为33.3～100 hm2.针对葡萄调亏灌溉与水肥一体化相结合的特点,进行葡萄滴灌利用水溶肥时间的节点.
关键词：调亏灌溉；根系分区交替灌溉；葡萄；滴灌；需水量
DOI：10.13414/j.cnki.zwpp.2017.04.019
目前葡萄种植技术创新有了很大进展,出现了葡萄根域限制栽培技术、避雨栽培技术和调亏灌溉技术（Regulated Deficit Irrigation）.近几年来,根域限制技术和避雨栽培技术已在我国葡萄栽培区域得到深入研究[1-2],并在生产上广泛应用,取得了良好的效果,对推动我国葡萄产业的发展发挥了重要作用.调亏灌溉在上世纪70年代由澳大利亚科学家首次提出,并认为调亏灌溉有益于提高作物产量和品质,是一种高效节水的灌溉方法[3].调亏灌溉与非充分灌溉有所不同,它是人为对作物施加一定程度的水分胁迫,以影响作物生长、开花结果及成熟的过程,通过缺水让作物根系在干旱条件下进行水分调节,以提高种植作物的品质和水分利用率.
就葡萄种植而言,通过控制灌溉水量,形成根系水分胁迫,促使葡萄植株内发生应急反应和生长机理变化,通过控制葡萄根系吸收水分来提高水分利用率,降低枝条生长量,减少修剪量,达到增加果实品质的目的.
国内首例报告调亏灌溉技术的研究是由曾德超与澳大利亚科学家合作进行的[4],此后在各种作物中开展了研究.李华等[5]的研究表明,节水灌溉可以提高葡萄及葡萄酒的质量.Loveys等[6]的研究指出,葡萄调亏灌溉处理后对水分利用效率比普通滴灌提高59.0%,并减少46.0%的灌溉用水量,且葡萄和葡萄酒品质大大改善.王开荣等[7]针对藤稔葡萄的试验总结出,在萌芽期至始花期,调亏灌溉处理有利于提高果实品质,让果实可溶性固体物、总糖和维生素C含量升高,同时果酸含量和糖酸比下降；特别是在果实着色期,调亏灌溉处理有利于果实外观品质提高,果皮花青素含量显著高于未进行调亏灌溉处理的果实.
几十年来,美国加州部分葡萄种植园在采用沟畦灌溉时,实行部分根区干旱（Partial Rootzone Drying）的灌溉方法,就是每次灌溉时只对一半的沟或畦进行灌水,即只润湿葡萄藤蔓下根系的一侧,这样只用一半的灌溉时间就可以完成整个葡萄园区的灌水.通过让一边根系缺水,一边根系充分湿润的方式,不仅节约了大量的水资源,对提高葡萄特别是酿酒葡萄的品质也产生了积极的影响,对加州缺水地区有很重要的战略意义.这种对葡萄进行交替灌溉就是根系限域灌溉的雏形,也是一种调亏灌溉方式.
传统的沟畦灌是湿润土壤全部体积的灌溉方法,这很难完全精准地实现调亏灌溉,因为它无法控制水的亏缺程度,因而无法调整控制植物的干旱胁迫数值.沟畦频繁灌溉,植物感受不到干旱胁迫,因为一次灌水使整个根区土壤全部湿润,甚至部分超过田间持水量,也就是说在通气良好的土壤上用沟畦灌溉后,干旱胁迫压力完全消失.
控制葡萄根部水分的灌溉只能通过滴灌系统,人为减少对葡萄一侧根部的灌水量,同时交换灌水的根部区域以便让葡萄需水要求在不同的根区分时得到满足.文中论述葡萄在两侧根系交替滴灌模式下的应用,涉及根域局部灌溉的滴头选择,调亏灌溉的灌水时机确定、滴灌系统设计、需水量计算、经济合理的滴灌工程规模,通过探讨实施创新灌溉方式来达到葡萄增产优产和增收的目的.
1 调控灌水时机
葡萄调亏灌溉对葡萄的品质提高有积极的作用,同时也有不利的一面,不适当地减少对葡萄的灌水量,可能会影响葡萄的正常生长甚至导致减产,说明葡萄的调亏灌水时机把握十分重要.
葡萄植株对水分需求最多的时期是从生长初期到开花前期.开花期间需水量少,以后又逐渐增多,在浆果成熟初期达到高峰,以后又降低.
葡萄调亏灌溉的时机应根据葡萄的需水规律确定.葡萄在生长过程中对水分要求很高.葡萄生长前期,可进行轻度的亏水灌溉处理,在保证葡萄正常开花坐果的条件下,减少葡萄植株不必要的营养生长.许多试验证明,在葡萄生长季早期实施水分亏缺,不仅可以减少植株的长势,促进同化物合理分配,改善冠层和叶片的微环境,减少病虫害的发生,而且也提高了果实的品质[8-9].果实膨大期则需给予充足的水分以利于葡萄果实的膨大生长,这对鲜食葡萄来说是适用的,但对于酿酒葡萄,较小的浆果含有更多的色素和多酚物质,因此在澳大利亚的葡萄园经常在坐果后立即实施水分亏缺[10].果实生长后期,也就是从果实着色期到成熟期,是执行调亏灌溉的最佳时机.在此期进行水分亏缺处理,则能增加葡萄果实内不同酚类化合物的浓度和单宁聚合度水平,但其对营养生长的控制影响不大[11].而在葡萄收获后水分胁迫则减少根的生长,从而降低了枝条中营养物质的储备,不利于枝条的成熟,对来年的葡萄生长造成不利影响.
2 调亏灌溉葡萄需水量
调整灌溉的水量多少与葡萄园当地每年的天气条件有关,这主要取决于葡萄的树冠层、土壤条件和生长季节的气候,以及上一年冬季气候条件.实际生产管理中必须掌握葡萄各生育阶段的水分和养分需求,结合实时的土壤墒情、田间持水量、降水情况、空气温湿度、葡萄树长势等安排执行调亏灌溉用水量.注意不要让葡萄过度缺水,导致植株萎蔫,严重时会引起落叶和果实晒伤,最终导致葡萄品质下降.
调亏灌溉必要条件之一是葡萄园要安装节水灌溉工程设施,最合适的灌溉方式应该是滴灌,并配套建设自动灌溉控制系统,以实现调控葡萄灌水量的目的.对于实施调亏灌溉的用水量对葡萄的胁迫程度很难有具体的数据,常见的灌水调亏幅度在20%～40%之间.调亏程度必须与调亏时期进行结合,并且需要经过实际实验验证后才能够确定.
图1是美国加州某酿酒葡萄某年度4月到11月,每月1～15日典型调控水量的过程[12].图1中没有统计并绘出天然降水因子的数据.只是从灌溉系统设计角度出发,根据普通的需水量要求及其对水分亏缺的敏感度反应,人为地对其施加一定程度的水分胁迫.调亏灌溉用水量的计算是一个复杂的、综合的系统工程,仅依靠人工计算,已经不能够满足实时调亏灌溉的需要,必须采用先进的计算机自动控制灌溉方式才能够实现,比如采用具备专家决策系统功能的“农抬头智慧农业云平台”,而无需灌溉项目实施方或种植户去掌握其复杂的理论模型.
调亏灌溉时滴灌系统实际流量是其在执行预先设计的调亏灌溉制度,与灌溉系统工程设计流量参数的关系不大.在设计阶段只要满足充分灌溉时系统最大流量要求,所设计的灌溉系统的流量必然会满足调亏灌溉处理对系统总流量的要求.
3 合适的灌水模式
葡萄在我国种植非常普遍,从南到北、从东到西都有种植.目前主要以传统的漫灌、沟灌、穴灌等形式为主,极易形成地面径流和深层渗漏,真正被葡萄吸收的水肥比例很低,通常不到30%.不仅浪费大量的水肥,造成土壤板结,还容易滋生杂草和病害,造成面源污染.
目前,滴灌系统的节水作用已得到广泛认可,并在生产中普遍应用.由于葡萄根系相对分布区域较宽,可采用沿种植行向单垄铺设双行滴灌带或滴灌管,将水肥一起精准地输送至葡萄根区四周土壤,在根系生长区域形成与土壤融合的条状湿润带,利用根系的向水性,诱导根系在植株两侧均衡分布.并通过交替关闭一侧滴灌带的方式,实现根系分区交替灌溉.如果投资受限,也可采用单垄单行滴灌带,但很难实现调亏灌溉,因为受水区域狭长而导致两侧根系生长受限,葡萄产量和品质将会降低.
杜太生等[13]的研究证明,应用根系分区交替灌溉技术时只要相邻滴头间距以及流量适当,即可实现交替灌溉的目的,可使部分根系区域干燥,部分根系区域湿润,让根系两侧区域分别经受缺水的锻炼.根系分区交替滴灌起到节水的目的,同时使葡萄叶片和果实的水分利用效率明显增加,较常规滴灌的水分利用率提高37.36%；同时可显著提高果实中的维生素C含量,使果酸含量降低,可溶性固形物含量显著提高.该模式特别适用于葡萄间距较大的葡萄园,可根据葡萄的实际定植情况,灵活调整滴头安装位置.
4 工程规模
葡萄灌溉工程规划阶段应该根据《微灌工程技术规范》（GB/T 50485-2009）[14]要求进行水土平衡分析以便确定合理的工程规模.水源提供的水量有限时,应根据可供流量确定最大可能的灌溉面积.水源为流量不限的江河、塘、水渠时,应同时考虑水源水量、输水管（渠）道建造费用等因素确定灌区面积.经过多年的工程实践表明,采用地表水为水源的滴灌工程,经济合理的单项灌溉工程面积控制在33.3～100 hm2比较合适,不宜超过200 hm2.
葡萄灌溉工程规划设计要对水源的水量、水位、水质进行全面评估,确定设计项目水源的供水能力.对采用已建水源供水的工程,其供水能力根据原来工程设计和运行情况来确定.对于新建的水源工程,供水能力即要根据水源勘察资料来确定.
5 结论
葡萄调亏灌溉技术是以葡萄植株生理需水特性为基础的一种人工施加水分胁迫的高效节水灌溉方法,常常需要采用管道输水灌溉设备,并借助自动控制系统来实现.研究结果也表明,调亏灌溉不仅能够有效提高水分利用率,可以在保证葡萄品质、产量的前提下,降低用水量,减少修剪量,并且达到精准灌溉和施肥的目的.
目前大多数调亏灌溉项目都是建立在滴灌设施基础之上,利用滴灌节水工程实现作物养分综合调配的水肥一体化技术,而且这一技术得到了政府部门的高度认可.目前,国内采用滴灌水肥一体化的葡萄种植面积正在迅速扩大,并取得了显著的经济效益、环境效益和社会效益.
参考文献
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[14] 中华人民共和国国家标准. 微灌工程技术规范: GB/T 50485-2009[S]. 北京: 中国计划出版社, 2009.
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